(57)【要約】【課題】鋳込まれる金属の劣化を抑えることができる金属鋳造用鋳型材を提供すること。【解決手段】半水石膏と耐熱材を含む金属鋳造用鋳型材において、水に不溶なリンのオキソ酸塩を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半水石膏と耐熱材を含む金属鋳造用鋳型材において、水に不溶なリンのオキソ酸塩を含むことを特徴とする金属鋳造用鋳型材。
【請求項２】
前記リンのオキソ酸塩は、１０００℃以上で固体であることを特徴とする請求項１記載の金属鋳造用鋳型材。
【請求項３】
前記リンのオキソ酸塩は、二リン酸カルシウムであることを特徴とする請求項１又は２記載の金属鋳造用鋳型材。
【請求項４】
前記耐熱材は、アルミナであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の金属鋳造用鋳型材。
【請求項５】
前記半水石膏の含有量は、２０重量％以上８０重量％以下であり、
前記リンのオキソ酸塩の含有量は、５重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の金属鋳造用鋳型材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石膏系の金属鋳造用鋳型材に関し、特に、鋳造された金属の劣化を抑制することができる金属鋳造用鋳型材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
装飾業界あるいは歯科業界の金属鋳造では、複雑な形状を再現するために、いわゆるロストワックス法が用いられる。ロストワックス法では、まず、ワックスを用いて所望の形状のワックスパターンを作製し、このワックスパターンを鋳造リング内に立設する。次に、金属鋳造用鋳型材と水を混練してスラリーとし、このスラリーを鋳造リングに流し込んでワックスパターンを埋没させ、硬化したのち、リングごと７００〜８００℃で焼成する。これにより、ワックスが焼却され、鋳型内に空間が形成される。次に、溶融した金属を遠心式、減圧・加圧式などにより鋳型内へ流し込み、冷却後、鋳型を除去して鋳造体を得る。石膏系の鋳型によれば、型枠への注入時の流動性がよいこと、焼成後の残留応力による変形が少ないこと、鋳造後の鋳造品の取出し性がよいこと、経時変化が少ないこと等の利点がある。
【０００３】
ここで、金属鋳造用鋳型材には、主成分として、結合材となる半水石膏と、耐熱材（骨材）となるアルミナ、スピネル、クリストバライト、石英、ムライト、ジルコニア、マグネシアなどの無機酸化物と、が用いられ、必要に応じて、副成分となる硬化時間調整剤、膨張付与剤、収縮防止剤、通気向上剤、減水剤などの添加剤が添加される。例えば、結合剤（結合材）と耐火材（耐熱材）とを含む歯科用埋没材（金属鋳造用鋳型材）において、亜リン酸アルミニウム（膨張付与材）が混合されたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、鋳造体に用いられる金属は、貴金属であることが多いため、鋳造体における余分な部分の金属は、再度次の鋳造時に未使用の金属と共に混合して使用される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２２７３２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石膏系の金属鋳造用鋳型材では焼成時若しくは鋳造時にガスが発生することがあり、これが溶融金属内に取り込まれる場合がある。これにより金属は劣化し、所望の特性を発揮しないことがある。
【０００７】
つまり、石膏系の金属鋳造用鋳型材では、加熱により石膏（ＣａＳＯ４）が分解することがある。純度の高い石膏では、理論上は１０００℃まで分解しないとされているが、添加剤の成分などの影響により、分解温度が７００℃程度まで低下することがあり、鋳型の通気性の悪いところでは石膏の熱分解により発生したガスが溜まってしまう。また、融点が１０００℃以上の金属を鋳型に鋳込む場合にも石膏が分解することがある。
【０００８】
石膏の分解は、ＣａＳＯ４→ＣａＯ＋ＳＯＸ  の反応で、ＳＯ３若しくはＳＯ２ガス（以下、ＳＯＸガス）が発生する。このガスが溶融金属内に取り込まれると、金属は劣化し脆くなってしまう。さらに、鋳造時の余分な部分の金属は、再度次の鋳造時に未使用の金属と共に混合して使用されるので、鋳造を繰り返していくとＳＯＸガスの影響が大きくなり、徐々に金属が脆くなってゆく。
【０００９】
本発明の目的は、鋳込まれる金属の劣化を抑えることができる金属鋳造用鋳型材を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、半水石膏と耐熱材を含む金属鋳造用鋳型材において、水に不溶なリンのオキソ酸塩を含むことを特徴とする。これにより、鋳造された金属の劣化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の前記金属鋳造用鋳型材において、前記リンのオキソ酸塩は、１０００℃以上で固体であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の前記金属鋳造用鋳型材において、前記リンのオキソ酸塩は、二リン酸カルシウムであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の前記金属鋳造用鋳型材において、前記耐熱材は、アルミナであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の前記金属鋳造用鋳型材において、前記半水石膏の含有量は、２０重量％以上８０重量％以下であり、前記リンのオキソ酸塩の含有量は、５重量％以上３０重量％以下であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る金属鋳造用鋳型材について説明する。本実施形態に係る金属鋳造用鋳型材は、少なくとも半水石膏、耐熱材、リンのオキソ酸塩を含む。
【００１６】
半水石膏は、結合材であり、原料である二水石膏を大気圧下あるいは加圧下において焼成することにより半水塩としたものである。半水石膏は、水和すると、二水石膏の針状結晶が絡み合った構造を形成することにより硬化し、鋳型の結合材として働く。半水石膏としては、α型、β型がある。半水石膏の含有量は、２０〜８０重量％である。２０重量％未満では、鋳型強度が小さく、焼成後の強度不足に起因するクラックが発生するおそれがあり、また、加熱時の膨張が大きすぎるおそれがある。一方、８０重量％を超えると、鋳造しようとする金属の鋳造収縮を補償するだけの膨張が得られないおそれがある。好ましい半水石膏の含有量は、２０〜６０重量％であり、より好ましくは、２０〜４０重量％である。
【００１７】
耐熱材は、鋳型に溶融金属鋳造時などの高温に耐える性質を付与するものであり、骨材である。耐熱材としては、アルミナ、シリカ（石英、クリストバライト、トリジマイト）、スピネル、ジルコニア、ジルコン、ムライト、マグネシア、カルシアなどであり、好ましくはアルミナである。
【００１８】
リンのオキソ酸塩は、鋳型に鋳込まれる金属の劣化を抑える添加剤である。リンのオキソ酸塩としては、水に不溶（難溶）なものが選択される。また、リンのオキソ酸塩は、１０００℃以上で固体であるものが選択され、１２００℃以上で固体であることが好ましく、１３００℃以上で固体であることがより好ましい。ここでは、リンのオキソ酸塩は結合材として用いるのではない。また、リンのオキソ酸塩としては、オルトリン酸塩、メタリン酸塩、二リン酸塩、リン酸塩等が挙げられ、例えば、メタリン酸アルミニウム、二リン酸マグネシウム、二リン酸カルシウム、リン酸カルシウム等が挙げられる。リン酸カルシウムとして、例えば、ボーンチャイナの粉砕品、再生リン酸カルシウム（ニカワ製造時の副生物）、骨灰などを用いることができる。また、リンのオキソ酸塩の含有量は、５〜３０重量％である。５重量％未満では、鋳込まれる金属の劣化を抑制することができなくおそれがある。一方、３０重量％を超えると、硬化時間、硬化膨張等の硬化特性に悪影響を及ぼすおそれがある。好ましいリンのオキソ酸塩の含有量は、５〜２５重量％であり、より好ましくは１０〜２５重量％である。また、リンのオキソ酸塩の平均粒子径は、１００μｍ以下であればよく、好ましくは７０μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００１９】
本実施形態の金属鋳造用鋳型材には、収縮防止材、膨張剤、減水剤、時間調整剤を添加することが好ましい。所望の形状どおりの精密な鋳型を得るためである。
【００２０】
本実施形態の金属鋳造用鋳型材を用いた鋳型は以下のようにして製造される。まず、所望のパターン（例えば、歯形）を有するパターン部と、当該パターン部を支持する支持部とからなるワックスパターンを、型枠の中に立設させる。次に、当該型枠の中に金属鋳造用鋳型材を注入して、前記支持部の一端を残しそれ以外のワックスパターンを金属鋳造用鋳型材の中に埋没させ、金属鋳造用鋳型材を硬化させる。最後に、硬化した金属鋳造用鋳型材を焼成して前記ワックスパターンを気化させることで、前記所望のパターンのキャビティを有する鋳型が得られる。
【００２１】
ここで、ワックスパターンのパターン部の形状は、例えば、印象材を用いて患者の歯型をとり、その印象材の形状を模型用石膏にて型をとり、型上にてワックスを溶融、固化を繰り返し、適宜形状を整えて形成される。ワックスパターンに設けられている支持部は、型枠の中においてパターン部を支持するとともに、金属鋳造用鋳型材注入後、焼成により気化して、所望のパターンと同一形状のキャビティを形成する。ワックスパターンは金属鋳造用鋳型材に埋没されるが、ワックスパターンの支持部の一端は金属鋳造用鋳型材から露出させる。その露出部から、金属鋳造用鋳型材の焼成時にワックスパターンを流出させるためである。
【００２２】
金属鋳造用鋳型材は、適量な水を添加した後に、型枠に注入する。自然放置によって、金属鋳造用鋳型材は硬化する。
【００２３】
金属鋳造用鋳型材の焼成温度は、ワックスパターンが気化しうる温度である必要がある。具体的には、焼成温度は、７００〜８５０℃であることが好ましい。７００℃未満の場合には、ワックスが抜けきらなくなるおそれがある。一方、８５０℃を超える場合には、金属鋳造用鋳型材に含まれている石膏が分解するおそれがある。
【００２４】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。本実施例（比較例を含む）では、表１に示した組成の金属鋳造用鋳型材１００重量部に対し、硬化時間調整剤０．１重量部以下、減水剤０．７重量部を添加したものを用いてロストワックス法により鋳型を製造し、当該鋳型を用いて金属を鋳造し、当該鋳造体の特性を測定した。なお、リンのオキソ酸塩のそれぞれの平均粒子径は、Ａｌ（ＰＯ３）３が６．７μｍ、Ｍｇ２Ｐ２Ｏ７が２７μｍ、Ｃａ２Ｐ２Ｏ７が６４μｍである。
【００２５】
【表１】
2005007397.tif 000002
【００２６】
鋳型の製造条件について説明する。金属鋳造用鋳型材については、表１に示す金属鋳造用鋳型材（硬化時間調整剤、減水剤を含む）１００ｇに対し水を２８ｇ添加して、攪拌容器内で均一になるまでほぐし、その後、歯科用真空攪拌機を用いて真空攪拌機で１分間攪拌し、スラリー状とした。ワックスパターンについては、ワックスパターンの代わりに０．５×７×３０（ｍｍ）のプラスチック板を用い、金属鋳造用鋳型材が硬化した後に当該プラスチック板を引き抜いた。金属鋳造用鋳型材の硬化時間は、３０分間程度である。金属鋳造用鋳型材の焼成条件は、８００℃、６０分間である。
【００２７】
金属については、ノリタケカンパニーリミテド社製の歯科用陶材焼付け用貴金属合金（商品名：Ｐ−６０、Ｐｄ：６０％、Ａｇ：２７％、Ｉｎ：８％、その他：５％）を用い、電気抵抗熱源により、約１３５０℃にて溶融し、減圧加圧鋳造機にて鋳造した。
【００２８】
鋳造体の特性の測定方法について説明する。ロストワックス法により鋳造された鋳造体（板状の金属）の一端を固定し、他端をプライヤーにて曲げ、目視で屈曲部が破断した時点での屈曲角度を測定した。測定後、この鋳造体を溶融して同じ方法で鋳造体を鋳造し、同様の測定を行う。この手順を繰り返し、４回の測定を行った（つまり、１種類の金属鋳造用鋳型材あたり４回の測定）。測定結果を以下に示す。なお、各種類の金属鋳造用鋳型材についての第１回目の鋳造では、未使用の金属を用いている。
【００２９】
鋳造体の特性の評価方法について説明する。前記測定方法によって測定された屈曲角度が小さいほど脆くなっている、と定義する。つまり、この屈曲角度が小さいほど、石膏の分解によって発生したＳＯＸガスの影響を受けて、金属の劣化が進んでいると判断できる。表１の各試料（金属鋳造用鋳型材）に係る鋳型にて鋳造した鋳造体の各回数ごとの屈折角度を表２に示す。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
表２及び図１の比較例１及び比較例２を参照すると、金属鋳造用鋳型材にリンのオキソ酸塩を添加しないと鋳造３回目以降では、屈曲角度が６０°以下に低下し、脆くなった。なお、比較例１では３、４回目でも屈曲角度が６０°を保持しているので、見方によっては実施例となるものである。これに対し、リンのオキソ酸塩を添加した実施例１〜８では、表２及び、図１又は図２を参照すると、鋳造４回目でもすべて６０°以上の角度を保っており屈曲角度の低下を抑えることができた。従って、実施例１〜８では、リンのオキソ酸塩の添加によって金属鋳造用鋳型材から石膏の分解によるＳＯＸガスの発生が抑制され、それに伴い金属の劣化を抑制することができた。以上の結果を考察すると、金属鋳造用鋳型材におけるリンのオキソ酸塩の含有率が２〜５ｗｔ％付近で、鋳込まれる金属の劣化を抑制することができる臨界点があると考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、金属鋳造用鋳型材の焼成の際、石膏の分解によるＳＯＸガスの発生が抑制され、金属の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リンのオキソ酸塩の種類又はその添加量の異なる各金属鋳造用鋳型材によって鋳造された鋳造体の鋳造回数と屈曲角度の関係を示した第１のグラフである。
【図２】リンのオキソ酸塩の種類又はその添加量の異なる各金属鋳造用鋳型材によって鋳造された鋳造体の鋳造回数と屈曲角度の関係を示した第２のグラフである。
【図１】
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【図２】
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